【摘要】：非均勻泥沙的運動規(guī)律比較復(fù)雜，特別是粗細(xì)顆間的相互作用對推移質(zhì)輸移的影響，目前的研究還不充分；這嚴(yán)重制約了泥沙學(xué)科的發(fā)展，也難以滿足河流工程設(shè)計與河流規(guī)劃、管理的需求；因此開展非均勻泥沙輸移機(jī)理研究具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。 為研究顆粒非均勻度對推移質(zhì)泥沙輸移過程的影響，，設(shè)計、制作了專用量測儀器（推移質(zhì)動態(tài)采集量測系統(tǒng)和推移質(zhì)揀選度動態(tài)量測系統(tǒng)）；篩選出滿足量測精度要求的推移質(zhì)選測頻率，提出了基于圖像識別技術(shù)的粒子分布密度、非均勻沙揀選度與推移質(zhì)輸沙率的確定方法。進(jìn)行了不同粗細(xì)配比的非均勻沙水槽系列試驗（8Groups，25Cases），實現(xiàn)了基于過程的水流紊動、顆粒交換與推移質(zhì)輸移量的實時監(jiān)測。 系列試驗研究表明，在床面補給不充分的條件下，推移質(zhì)輸移強(qiáng)度一般遵循初期發(fā)展、中期逐漸穩(wěn)定，后期慢慢衰減的模式；累積輸移量與水流強(qiáng)度和床沙粗細(xì)比有關(guān)，推移質(zhì)輸移率的時變特征則大致呈現(xiàn)三次函數(shù)曲線的形態(tài)。為綜合反映床面粗糙度、粘性底層特性與顆粒非均勻性對近壁區(qū)流場的影響，引入了綜合水流強(qiáng)度函數(shù)Ψb，特征傅氏數(shù)Frb，非均勻沙特征數(shù)β和無量綱推移質(zhì)泥沙輸移強(qiáng)度函數(shù)Φ。利用量綱分析與試驗數(shù)據(jù)擬合研究，建立了非均勻推移質(zhì)輸移強(qiáng)度與綜合水流強(qiáng)度的復(fù)合函數(shù)關(guān)系，給出了復(fù)合關(guān)系中反映泥沙非均勻度參量的相應(yīng)計算方法。 對試驗水槽床面附近水流紊動結(jié)構(gòu)與推移質(zhì)輸移率的波動性分析表明，非均勻推移質(zhì)輸移率的波動性與粗顆粒運動的陣發(fā)性有關(guān)。提出了床面粗顆粒運動的2種模式：紊流猝發(fā)引起的促發(fā)模式與細(xì)顆粒碰撞引起的觸發(fā)模式；水流流速脈動的擬序特征與推移質(zhì)輸移的陣發(fā)特征存在關(guān)聯(lián)性。 顆粒非均勻度對推移質(zhì)輸移的影響體現(xiàn)在細(xì)顆粒存在對床面水流結(jié)構(gòu)與對粗顆粒的碰撞影響方面。通常當(dāng)床面水流流速脈動峰值大于2.5σ時，粗沙便成規(guī)模輸移；而瞬時脈動強(qiáng)度低于1.5σ時，便多為細(xì)沙輸移，粗沙幾乎不參與運動。床沙中適當(dāng)比例的細(xì)沙會提高推移質(zhì)中粗沙的運動強(qiáng)度及相應(yīng)推移質(zhì)輸移量。在給定水流強(qiáng)度條件下，增加細(xì)沙權(quán)重，非均勻推移質(zhì)輸移強(qiáng)度呈現(xiàn)駝峰型變化；當(dāng)顆粒粗細(xì)比為3：7時，非均勻推移質(zhì)輸沙率達(dá)到最大；這意味著在沖積性河流的水沙調(diào)控中，控制適宜的顆粒非均勻度（粗細(xì)比），能實現(xiàn)較高的推移質(zhì)輸沙效率。
【學(xué)位授予單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TV142.2

【共引文獻(xiàn)】

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本文編號：2538553